Болтове з’єднання

000030 ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ Г* союз СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 1605653 А1 (19) (SDS F 16 В 35/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й ! , * (21)4370806/25-27 (22)01.02.88 (72) Э.Р.Азин, А.И.Бабушкин, А.М.Быков, А.Н.Панфилов и В.А.Шалбаян (53)621.882.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 649894, кл. F 16 В 35/04, 1977. (54) БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности касается выполнения высокоресурсных и герметичных потайных болтовых соединений в авиационных конструкциях, и может быть применено в авиа-, судо- и ракетостроении. Цель изобретения расширение технологических возможностей и повышение качества соединения. На посадочной части конической головки болта 3 имеется кольцевой тороидальный выступ 6. Геометрические параметры выступа 6 выбраны такими, чтобы обеспечить создание радиального натяга 1,2... 1,5% в зоне гнезда для обеспечения герметичности болтового соединения. Углы конусности головки болта и гнезда выбраны из расчета создания минимальных зазоров, а тороидальный выступ расположен в зоне минимальных колебаний величины зазоров Высота выступа равна 0,05...0,08, а радиус поперечного сечения равен 0,1.. 0.15 диаметра стержня болта. Выступ расположен от нижнего основания головки на расстоянии 0,45 0,55 ее высоты Устройство позволяет снизить усилие запрессовки болта и снизить величину концентрации напряжений 2 ил. £ * Щиг1 41-90 1605653 Изобретение относится к машиностроению, в частности касается выполнения высокоресурсных и герметичных потайных болтовых соединений в авиационных конструкциях, и может быть применено в авиа~, судо- и ракетостроении. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества соединения. На фиг. 1 схематично изображено болтовое соединение, общий вид; на фиг. 2 узел I на фиг. 1. Болтовое соединение содержит пакет деталей, состоящий из обшивки 1 и подкрепляющей детали 2, болт 3, шайбу 4 и гайку 5. На посадочной части головки имеется кольцевой тороидальный выступ б с радиусом п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я R = (Q,1...0.15)d и высотой h = (0,05-0,08)d, где d - диаметр стержня болта. Горизонтальная ось тороидального выступа проходит на расстоянии hi = (0,45-0,55)Н от нижнего основания головки, где Н - высота головки. Допуск на угол а\ конусности отверстия (гнезда) соответствует ± 30 ', а на угол а конуса головки ± 1°. Из фиг.2 видно, что геометрические параметры кольцевого тороидального выступа и его расположение выбраны такими, что при любом из возможных сочетаний'допусков на углы конусности головки болта и гнезда обьемз выступа достаточно, чтобы перекрыть зазор и создать локальный натяг по длине окружности. В процессе установки болта в раззенкованное отверстие методом запрессовки, затягивания или ударной запрессовки происходит вдавливание кольцевого тороидального выступа б в материал детали 1. После снятия внешней нагрузки происходит осевая стяжка пакета при помощи тарировочных ключей гайкой 5. В процессе работы соединения жидкая или воздушная среда 7 через зазоры (в случае болтов с зазором) или микрокапилляры (в случае постановки болтов с натягом) просачивается между стенками отверстия и стержнем болта и останавливается в зоне внедрения выступа в материал. Для экспериментальной проверки болтового соединения на технологичность и герметичнсть были изготовлены панели со стрингерами из материала Д16чТ (Snan = = 5 мм, Sdp = 5 мм). Оптимальные парамет'ры соединения определяли на оразцах, в которых выполнялись отверстия (гнезда) с углами конусности 89-91° (в соответствии с требованиями ГОСТ 12876-67 и СТ 213-82) под головки болтов с диаметром стержня 6 мм (высота головки Н = 2,5 ). Параметры 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тороидального кольцевого выступа в изготовленных болтах варьировались в пределах: R = 0,5-1,2 мм, h = 0,2-0,9 мм. Болты устанавливались запрессовкой на универсальной испытательной машине УМЭ-ЮТМ с замером усилия сжатия. Замер усилий прессования показал, что при выполнении соединения с параметрами кольцевого выступа R * 0,8 мм и h » 0,4 мм усилие возра= стает на 10-15% в сравнении с болтами со стандартными коническими головками по ОСТ 1.31041-79, тогда как запрессовка головок с увеличенными параметрами выступа до R » 1,2 мм и h = 0,8 мм привела к увеличению усилия запрессовки на 40-60%. Для определения нижней границы параметров выступа была определена величина зазора, возникающего при установке потайных головок в гнезде при различных сочетаниях углов конусности. С этой целью с гнезд выполнялись слепки путем заливки сплавом Вуда и последующим измерением параметров на инструментальном микроскопе БМИ-1. Было установлено, что при установке болтов со стандартными головками ( а = 90° ± 1°) наименьший зазор, равный 0,05-0,1 мм, возникает в зоне гнезда, расположенной на расстоянии h = (0,45-0,55)Н от нижнего основания потайной головки при угле конусности отверстия (гнезда) а - 90° ± 3 0 ' (выполнение гнезда с более жесткими допусками ограничивается возможностями серийного производства). При таких величинах зазора для создания локального натяга в зоне гнезда в 1...1,5% необходимо, чтобы параметры тороидального выступа для болта диаметром 6 мм соответствовали: R = 0,54),7 мм. h = 0.3~0,35 мм. Экспериментальная отработка выполнения соединений с другими диаметрами болтов показала, то для обеспечения требуемого натяга параметры тороидального кольцевого выступа должны соответствовать: R = (0,1-0.15)d. h=(0,05--0.08)d. Проведенные сравнительные экспериментальные исследования болтового соединения на герметичность при выполнении соединений в топливных отсеках (топливо ТС-1) крыла под воздействием циклических нагрузок показали, что при постановке болгов с зазором (посадка H12/hi2) данное соединение показало 50% герметичности. При выполнении соединений с упругопластическим натягом (до 1.2%) герметичность соединений составила 100%. Применение предлаггэмого болтового соединения позволяет обеспечить герметичность воздушных отсеков при посадках потайных болтов с зазором и топливных от 1605653 секов при посадках с натягом, при этом масса соединения может быть снижена на 1030% за счет уменьшения толщины обшивки. Кроме того, выполнение болтового соединения возможно с использованием серийно применяемых оборудования и инструмента, что расширяет технологические возможности применения болтовых соединений в конструкциях изделий и позволяет получить значительный экономический эффект. Изобретение по сравнению с прототипом позволяет снизить усилие запрессовки не менее чем в 2-2,5 раза Снижение усилия запрессовки повышает качество соединения за счет уменьшения коробления и поводок деталей пакета, расширяет технологические возможности сборки соединений за счет применения метода постановки болтов за технологический хвостовик или технологической гайкой при помощи переносного оборудования или ручного механ и з и р о в а н н о г о и н с т р у м е н т а вместо стационарных прессов большой мощности. Оптимизация формы и размеров кольцевого выступа снижает величину концентрации н а п р я ж е н и й , в с в я з и с чем становится возможным устанавливать по 5 10 15 20 25 8 тайные герметичные болты в слоистые (композиционные) материалы, имеющие повышенную чувствительность » концентрации с напряжений вследствие анизотропии механических свойств о продольном и поперечном направлениях. Формула изобретения Болтовое соединение, содержащее болт с конической потайной головкой и кольцевым выступом на посадочной части последней, установленный с натягом в раззенкованное на конус отверстие пакета деталей из материала, твердость которого меньше твердости болта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества с о е д и н е н и я , кольцевой выступ выполнен тороидальной формы высотой, равной 0.05 ..0,08, и радиусом поперечного сечения, равным 0,1...0,15 диаметра стержня болта, и расположен на расстоянии 0,45 .0,55 высоты головки болта от ее нижнего основания, угол а конуса головки болта равен а ± 1°, а угол а\ конусности отверстия рапен а ± 3 0 ' , где а~ номинальное значение угла. -Л0 Фиг.г Редактор Т Зубкова Составитель С Никулина Техред М Моргентал Корректор Т.Патай Заказ 3764/ДСП Тираж 327 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101